纳米技术在抗幽门螺杆菌治疗中应用
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［摘要］幽门螺杆菌(Helicobacterpylori，Hp)是诱发胃炎、消化性溃疡及胃部恶性肿瘤的重要致病因素之一，它定居于黏液层与胃窦黏膜上皮细胞表面，周围不仅有高粘度能阻碍药物分子与细菌接触的黏液层，还有大量胃酸和胃蛋白酶使作用药物降解失活。复杂的外部环境和不断增强的耐药性使根除Hp变得越来越困难。纳米粒子因其粒径小、易于修饰等特性被广泛用作药物载体。将纳米技术引入抗Hp的治疗不仅能够增加药物靶向性，还能够改善体内药物分布，减少对正常组织毒副作用，提高治疗安全性。文章从Hp的预防、诊断和治疗等方面，综述了纳米技术在其中的应用进展，并对其机制进行阐述，为后续抗菌研究提供参考。
幽门螺杆菌(Helicobacterpylori，Hp)被认为是诱发胃炎、消化性溃疡及胃部恶性肿瘤的重要致病因素之一。目前我国Hp总感染率为56%，尽管美国等发达国家感染率低于40%，但均呈现逐年增加趋势，已成为全球亟待解决的问题［1－3］。国内外治疗Hp感染多采用联合用药，如比较成熟的“三联疗法”、“四联疗法”、联合益生菌及中药治疗等方法。然而，由于Hp耐药性的增加，使得根除Hp变得越来越困难［4］。尽管对Hp感染进行了多项研究，但仍没有开发出有效的治疗方法来应对抗生素耐药性［5］。近年来，随着纳米科技的快速发展，带动了纳米材料的大规模开发和应用。特别是纳米制剂在促进药物转运、改善体内分布及增加靶向性作用等方面展示出独特的优势［6］，进而将纳米技术引入抗Hp的治疗，期望借助纳米材料的特殊性质提高药物作用效果，减少耐药性的发生，为设计新型、高效的抗Hp药物或方法提供研究方向。
1纳米技术在抗Hp预防中的应用
疫苗被公认是预防感染类疾病的有效策略之一，不仅能从源头上预防感染、减少抗生素使用，又能大幅减少治疗费用。因此，Hp疫苗的研制一直是抗Hp感染的研究热点，常见的有全菌疫苗、亚单位疫苗、核酸疫苗及联合疫苗等。然而，由于胃部特殊环境，疫苗抵抗酶分解能力强弱直接关系到其免疫效果的发挥。于是，有研究人员采用带正电的生物可降解材料包裹核酸疫苗，一方面可以保护质粒不被核酸酶等降解，另一方面粒子能更有效地被黏膜M细胞捕获，促进免疫应答的发生［7］。曹斌等［8］采用壳聚糖(CS)做载体制备了HpLPP20DNA疫苗，并且分别考察了经滴鼻和口服两种途径在模型小鼠体内的作用，试验结果表明，CS不仅能明显增强DNA疫苗的黏膜免疫效果，并且滴鼻方式比口服给药能诱导更强的细胞和体液免疫应答，CS纳米粒系统有望成为疫苗鼻腔免疫的新载体。奚涛课题组分别考察了CS－双核苷酸及HP55/PLGA纳米材料对于Hp疫苗促进作用，研究发现，上述疫苗免疫模型小鼠后，其体内抗原特异性抗体的水平、IgG2a/IgG1转换比率及促炎细胞因子数量均明显提高;同时，还观察到强烈的Th1/Th17－型免疫应答，为开发具有抗原保护、缓释和靶向等功能载体材料提供有力的依据［9－10］。但纳米材料制备的Hp疫苗尚处于实验室研究阶段，还没有临床方面研究数据。目前，完成了Ⅲ期临床研究，并获得新药证书的Hp疫苗是邹全明课题组研制的重组Hp疫苗，他们在国际上率先创立了“分子内佐剂亚单位黏膜疫苗”设计原理，试验结果证明，该疫苗具有良好的安全性、有效性和免疫原性，为黏膜感染病原体新型疫苗研究提供了全新的思路与借鉴［11］。
2纳米技术在Hp诊断中的应用
尽管Hp体外检测方法比较多样，但有关Hp原位检测技术仍然存在巨大挑战，主要是如何克服胃部的强酸及多酶的环境。Li等［12］报道了一种使用磁性石墨纳米胶囊(magneticgraphiticnano-capsules，MGNs)用于Hp的原位靶向磁共振成像检测技术，该项研究不仅采用多层石墨烯壳层结构保护磁芯免受腐蚀，并用硼酸聚乙二醇酯对MGNs进行表面修饰，在Hp诱导感染的小鼠模型中试验结果表明，其不仅可特异性检测Hp，还增强了磁共振成像效果，为Hp在体诊断生物成像平台的建立做了有意义的探索。韩佳颖等［13］以长链脂肪酸修饰的Hp表面抗原片段NQA为模板分子，功能单体选择丙烯酰胺，用N，N'－亚甲基双丙烯酰胺做交联剂，设计并合成了抗Hp生物黏附纳米粒，研究结果发现，制备的表面印迹纳米粒对Hp有特异性识别能力，不仅可用于Hp感染的诊断，还可以作为载体协助药物穿过胃黏液层而到达Hp存在的部位。
3纳米技术在抗Hp治疗中的应用
3.1纳米颗粒在抗Hp治疗中的应用Nazari等［14］
分别考察了铋的有机盐和铋纳米粒子对不同临床分离株和Hp的标准菌株的抗菌作用，研究结果发现，铋纳米粒子的抗菌作用明显强于铋离子的作用;机制研究证明，铋纳米粒子的存在会导致某些代谢产物，例如谷氨酸、缬氨酸、甘氨酸和尿嘧啶等从细胞中泄露出来，进而通过干扰三羧酸循环及核苷酸和氨基酸代谢等达到抑制抗Hp活性的作用。林云娟［15］考察了Zn0.5Fe2.5O4@SiO2复合磁性纳米颗粒对Hp的抑菌作用，研究结果显示，该纳米颗粒在交变磁场中能够有效抑制Hp的生长，并且在交变磁场中产生的磁热效应还能够増强阿莫西林(AM)对Hp抑菌效果。Gopinath等［16］分别考察了7nm和55nm两种粒径金纳米颗粒对Hp的抑制作用，数据显示，两种粒径金纳米颗粒对Hp及耐药Hp均有明显抑制作用，且直径越大抑菌效果越明显;进一步研究发现，同样条件下，不同Hp耐药菌株对纳米金颗粒的敏感性亦不同，其中对HpUM119的抑菌效果最好，55nm金颗粒对其抑菌圈直接可达到12.1mm。
3.2纳米材料对光动力抗菌疗法抑制Hp生长的促进作用
光动力抗菌疗法(photodynamicantimi-crobialchemotherapy，PACT)是基于光、光敏剂和氧三种因素协同作用，借助其引发的系列光化学反应，发挥杀伤微生物作用的一种新抗菌方法。近年来，在局部感染、抗耐药菌治疗等方面均取得较好的效果［6，17］。Choi等［18］报道了CS促进亚甲蓝(methyleneblue，MB)介导的PACT对Hp抑制作用，研究结果发现，光照前用CS处理Hp后，再给予0.04mg/mLMB时，可以使MB对Hp的抑菌效果增强100倍以上。因此，提示我们可借助CS的促进作用降低MB的使用浓度，从而改善MB遗传毒性，同时获得更好的PACT作用。此外，对于在光照前用MB与CS一起处理Hp是否会进一步提升MB的作用效果，以及CS浓度、胃酸等其它相关因素是否也有影响尚待进一步论证。
3.3纳米载体在抗Hp治疗中的应用Umama-heshwari等［19］
制备了载有AM的醇溶蛋白纳米颗粒，并评估其在蒙古沙鼠内根除Hp的效果，研究结果显示，以蛋白纳米颗粒做载体的AM对Hp的杀伤效果明显优于单独使用AM的作用。分析其原因，可能是纳米制剂的黏膜粘连作用延长了药物在胃肠道的停留时间，进而促进其更好的发挥抗菌作用。Jing等［2，20］合成了pH敏感型AM－脲基共轭CS/三聚磷酸钠(AM－UCCs/TPP)纳米颗粒，研究发现，与未修饰的AM－CS/TPP纳米颗粒相比，AM－UCCs/TPP纳米颗粒可靶向作用于Hp细胞膜上的尿素转运蛋白，从而更有效地发挥抑制Hp生长的作用，因此，认为上述多功能载AM纳米颗粒不仅在治疗Hp感染方面存在的巨大潜力，还可以作为药理学有效的纳米载体，用于口服靶向递送其他治疗Hp的药物。此外，吴涛［21］制备了AM－MnFe2O4@SiO2复合微球，并考察其对Hp的抑制作用，实验结果证实，在外加磁场作用下该复合微球对Hp抑制作用明显优于单独使用AM或Mn-Fe2O4@SiO2微球的效果，说明AM－MnFe2O4@SiO2磁纳米颗粒可通过物理加热及药物释放双重途径高效抑制Hp的生长。
4纳米技术促进抗Hp作用机制研究
4.1纳米材料增强药物抗Hp作用效果的机制
纳米粒因其易于表面修饰的特性，可通过修饰使表面呈中性或微负电性，或者修饰聚乙二醇等亲水性材料，避开与Hp周围黏液层的疏水和静电相互作用从而递送药物［22］。并且能包封抗菌药物，有效地减少胃酸和各种酶对药物的降解［23］。当包封药物的纳米颗粒积聚在靶位点，并进行持续释放时，会使得细菌摄入的药物含量显著增加［24］。活性氧(reactiveoxygenspecies，ROS)的产生是纳米颗粒损伤Hp的主要机制之一，很多证据表明，纳米材料上的某些过渡金属可能破坏菌体上与铁配位的细胞配体［4Fe－4S］蛋白质簇，导致Fenton活性铁释放到细胞质中［25］，从而增加ROS的产生。ROS直接介导细胞膜损伤和核酸降解，增加药物透过率，导致抗菌药物在菌体内的浓度增加进而杀伤细菌。银纳米材料除了通过产生ROS增强药物抗Hp作用效果外，还可通过渐进释放菌膜上的脂多糖和膜蛋白，使细胞外膜形成凹坑及膜通透性改变［26］。Hp对温度敏感，一些磁性纳米颗粒在交联磁场中产生的高热能使菌体蛋白质变性，进而使细胞膜等菌体结构被破坏、产生氧化应激反应，造成细菌丧失正常功能甚至诱导菌体死亡［15］。
4.2纳米材料促进PACT抗Hp作用效果的机制
研究PACT抗菌的主要作用机制是光敏剂选择性潴留于细菌的细胞壁和细胞膜上，激光照射时产生单态氧和ROS直接损伤细菌细胞壁及膜系统，影响其新陈代谢，导致细菌死亡［27］。PACT治疗的优势是选择性杀伤病变组织而不伤及正常组织;而且Hp只包含一个修复光损伤的基因［28］，不易对PACT产生耐药性。Choi等［18］进一步研究发现，CS的加入促进了MB对Hp的DNA损伤程度，推断CS改变了Hp细胞壁和细胞膜的结构，从而利于MB渗透到Hp的细胞质中，进而增强对DNA的损伤。此外，有研究显示PACT治疗对C57BL/6小鼠的Hp有杀灭作用，但未达到理想的根除率［29］。分析可能有以下几种原因:(1)输出功率和能量密度累积过小;(2)激光照射时可能存在盲区;(3)治疗次数过少。针对以上的原因，进一步的试验应是:(1)寻找合适的光输出功率和单位面积的能量累积以及合适的治疗次数，使其既能根除Hp，又对正常的胃黏膜无损伤;(2)选用大动物Hp模型，能够在胃镜及直视条件下行PACT以缩小治疗的盲区，且能耐受多次PACT治疗。
5展望
纳米材料的特殊结构使其具有一些常规材料所没有的特别性能，比如穿过组织间隙被细胞吸收，也可赋予靶向、缓释等功能，进一步作为口服、静脉注射等多种给药途径的载体，因而使其在药物输送、疾病诊断与防治等方面得到广泛应用。近年的临床数据显示，Hp对传统抗生素的耐药性问题越来越严重，并且产生更多不良反应，对患者造成二次伤害，从而导致许多患者无法坚持完成整个周期的治疗方案。因此，探索一种使患者依从性强，且行之有效的防止Hp耐药的新方法迫在眉睫。但纳米技术在Hp抗感染诊疗中的应用还处于起步阶段，因此，结合Hp自身特点，充分发挥纳米材料自身独特性质，建立系统的实验方法，有目的对其进行结构修饰、开发多作用方式、高效的复合型抗菌药物或载药系统，对Hp抗感染诊疗及抗耐药菌的致病危害，是十分有意义的研究工作。
作者:崔振宁 郎晨瑜 杨晓燕 周雨梦 王晓 刘彬 单位:沈阳医学院附属中心医院消化内科
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